新奧法
指導隧道施工和地下工程設計施工的方法和原則
新奧法是應用岩體力學理論，以維護和利用圍岩的自承能力為基點，採用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時的進行支護，控制圍岩的變形和鬆弛，使圍岩成為支護體系的組成部分，並通過對圍岩和支護的量測、監控來指導隧道施工和地下工程設計施工的方法和原則。
新徠奧法是在利用圍岩本身所具有的承載效能的前提下，採用毫秒爆破和光面爆破技術，進行全斷面開挖施工，並以形成複合式內外兩層襯砌來修建隧道的洞身，即以噴混凝土、錨桿、鋼筋網、鋼支撐等為外層支護形式，稱為初次柔性支護，系在洞身開挖之後必須立即進行的支護工作。因為蘊藏在山體中的地應力由於開挖成洞而產生再分配，隧道空間靠空洞效應而得以保持穩定，也就是說，承載地應力的主要是圍岩體本身，而採用初次噴錨柔性支護的作用，是使圍岩體自身的承載能力得到最大限度的發揮，第二次襯砌主要是起安全儲備和裝飾美化作用。
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他在1942～1945年建造的洛伊布爾隧道中採用了雙層薄襯砌，即先噴一層混凝土，待變形收斂后再噴一層。
1944年，他發表了有關噴混凝土的論文，並指出了圍岩動態隨時間變化的重要性。
1948年，又指出了量測工作的重要性。又公布了新噴敷方法。
1948～1953年噴混凝土在奧地利首次用於卡普倫水力發電站的默爾隧洞。
最早在歐洲推廣使用錨桿的是1951～1953年建造的伊澤爾-阿爾克電站的有壓輸水隧洞。
1953～1955年修建普魯茨-伊姆斯特電站的有壓輸水隧洞時，按照拉布采維茨的建議，充分採用錨桿而獲得成功。
1957～1965年是著手發展新奧法的時期。拉布采維茨於1963年將這一方法正式命名為新奧地利隧道施工法。
1964～1969年又提出了在岩石壓力下隧道穩定性的理論分析，強調採用薄層支護，並及時修築仰拱以閉合襯砌的重要性。根據實驗證實，襯砌應按剪切破壞進行設計計算。
奧地利的馬森貝格道路隧道由於地質不良，用比國法失敗后，改用新奧法使閉合隧道襯砌環的經驗取得成功，並在1971年及1974年分別用於地壓很大的陶恩隧道和阿爾貝格隧道。
（1）充分保護圍岩，減少對圍岩的擾動。
（2）充分發揮圍岩的自承能力。
（3）儘快使支護結構閉合。
（4）加強監測，根據監測數據指導施工。
可扼要地概括為“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、快封閉”
因為隧洞的主要承載部分是圍岩，支護結構起到發揮和保護圍岩承載能力的作用。在靜力學理論中，隧道的結構可視為岩體承載環和支護襯砌組成的圓筒結構，承載環的閉合起到了關鍵作用，因此圍岩和襯砌的整體化應在初期襯砌中就及早完成，保證襯砌環的穩定與完整。從應力的重分佈來考慮。全斷面掘進是比較理想的開挖方式。因此，施工方式歸根結底要把握一個出發點，那就是保護，調動和發揮圍岩的自承能力，在此基礎上根據工程實際條件靈活地選擇施工及輔助手段。
縮稱NATM。應用岩體力學的理論，通過對隧道圍岩變形的量測、監控，採用新型的支護結構，盡量利用圍岩自承能力指導隧道設計和施工的方法。其特點是在開挖面附近及時施作密貼於圍岩的薄層柔性噴射混凝土和錨桿支護，以便控制圍岩的變形和應力釋放，從而在支護和圍岩的共同變形過程中，調整圍岩應力重分佈而達到新的平衡，以求最大限度地保持圍岩的固有強度和利用其自承能力（見圍岩壓力）。因此，它也是一個具體應用岩體動態性質的完整力學方法，其目的在於促使圍岩能夠形成圓環狀承載結構，故一般應及時修築仰拱，使斷面閉合成圓環。它適用於各種不同的地質條件，在軟弱圍岩中更為有效。
新奧法的原理雖然可用於各種類型的支護，但是，最為適用的是噴錨支護。因此噴混凝土、錨桿、量測被認為是新奧法的三大要素。它產生和發展的歷史與這三者密切相關，但不能把噴錨支護誤解為新奧法的同義語。
其基本觀點是根據岩體力學理論，著眼於洞室開挖后形成塑性區的二次應力重分佈，而不拘泥於傳統的荷載觀念。所以它主要不是建立在對於坍落拱的“支撐概念”上，而是建立在對圍岩的“加固概念”基礎上。在合理的臨界限度內，它所需要的表面支護抗力Pi是與圍岩塑性區半徑R、洞室周邊位移ur、以及圍岩的內聚力с、內摩擦角φ等參數成反比，而支護能提供的抗力則與其剛度成正比。
圖中表示了隧道圍岩應力再分佈和支護抗力之間的關係。圍岩特徵曲線1表明，若不允許圍岩壁面位移發展，洞壁徑向壓應力非常大；而若允許位移發展，則徑向壓應力減小，當位移達到某一數值時，圍岩徑向壓應力，也就是支護抗力，為最小(Pimin)。如果接近開挖面修築支護，則位移ur較小。支護特性曲線2表示隨著ur的增加，Pi也增加，並在與曲線 1的交點處取得應力穩定，此時的徑向壓應力為Pi。如果修築剛性更大的支護如曲線3所示，徑向壓應力增大如圖中的P嫇。新奧法就是根據上述理由，接近開挖面適時施作密貼圍岩的薄層柔性支護的。如果施作支護時間過遲，則使圍岩位移過大而產生塌落荷載。如圖中斜線陰影部分，也使徑向壓應力P拝增大，如曲線4所示。
新奧法
曲線 5表示由於圍岩應力重分佈和襯砌之間相互作用而存在的四個顯著的特徵階段。第Ⅰ階段是圍岩不受支護的約束而能夠向洞室內自由位移的時期。第Ⅱ階段是修築一次支護時由於支護抗力而使變形速度減小，並且這個抗力還和支護的剛度有關。第Ⅲ階段是由於修築了仰拱，支護剛度變大而使變形速度越來越小。最後當仰拱完全受力，就達到第Ⅳ階段，變形基本停止。
可歸納為以下7點：
①洞室開挖后，應使圍岩自身承擔主要的支護作用，而襯砌只是對圍岩進行加固，使成為一個整體而共同發生作用。因此，須最大限度地保持圍岩的固有強度，以發揮圍岩的自承能力。如及時噴混凝土封閉岩壁，就能有效地防止圍岩鬆弛，而不使其強度大幅度降低，同時也不存在因頂替支撐而使圍岩變形鬆弛。總之應使圍岩經常處於三軸應力約束狀態，最為理想。
②預計圍岩有較大變形和鬆弛時，應對開挖面施作保護層，而且應在恰當的時候敷設，過早或過遲均不利。其剛度不能太大或太小，又必須是能與圍岩密貼，而要做成薄層柔性，允許有一定變形，以使圍岩釋放應力時起卸載作用，盡量不使其有彎矩破壞的可能。這種支護和傳統的支護不同，不是因受彎矩而是受壓剪作用破壞的。由於混凝土的抗壓和抗剪強度比抗拉和抗彎強度大得多，從而具有更高的承載能力。一次支護的位移收斂后，可在其光滑的表面上敷設高質量的防水層，並修築為提高安全度的二次支護。前後兩次支護與圍岩之間都只有徑向力作用。
徠③襯砌需要加強的區段，不是增大混凝土的厚度，而是加鋼筋網、鋼支撐和錨桿，使隧道全長範圍採用大致相同的開挖斷面。此外，因為新奧法不在坑道內架設桿件支撐，空間寬敞，從而提高了安全性和作業效率。
④為正確掌握和評價圍岩與支護的時間特性，可在進行室內試驗的同時，在現場進行量測。量測內容為襯砌內的應力、圍岩與襯砌間的接觸應力以及圍岩的變位，據以確定圍岩的穩定時間、變形速度和圍岩分類等最重要的參數，以便適應地質情況的變化，及時變更設計和施工。量測監控是新奧法的基本特徵，量測的重點是圍岩和支護的力學特徵隨時間的變化動態。襯砌的做法和施作時間是依據圍岩變位量測決定的。
⑤隧道支護在力學上可看作厚壁圓筒。它是由圍岩支承環和襯砌環組成的結構，且兩者存在共同作用。圓筒只有在閉合后才能在力學上起圓筒作用，所以除在堅硬岩層之外，敷設仰拱使襯砌閉合是特別重要的。
圍岩的動態主要取決於襯砌環的閉合時間。當上半斷面超前掘進過多時，就相應地推遲了它的閉合時間，在隧道縱方向形成懸臂樑的狀態而產生大彎曲的不良影響。另外，為防止引起圍岩破壞的應力集中，斷面應做到無角隅，最好採用圓形斷面。
⑥圍岩的時間因素還受開挖和襯砌等施工方法的影響，它對結構的安全性起著決定的作用。考慮掘進循環周期、襯砌中仰拱的閉合時間、拱部導坑的長度以及襯砌強度等變化因素，把圍岩和支護作為一個整體來謀求穩定。從應力重分佈角度去考慮，全斷面一次開挖是最有利的；分部開挖會使應力反覆分佈而造成圍岩受損。
⑦岩層內的滲透水壓力，必須採取排水措施來降低。
新奧法的支護結構至今仍處於經驗設計的階段，它的前提是要科學地進行圍岩分類，並根據已經修建的類似工程的經驗，提出支護設計參數或標準設計模式。這種工程類比法還只考慮了岩體結構、岩塊單軸抗壓強度、弱面特性等工程地質性質、坑道的跨度以及圍岩自穩時間等主要因素，需在各種設計與施工規程的實施過程中，依據量測數據加以修正。現場監控設計，一般分成預先設計階段和最後設計階段，後者是根據現場監控量測數據，經分析比較或計算后，最後提出設計。理論解析和有限元數值計算，至今還不能得出充分可靠和滿意的結果，必須由上述兩種方法即經驗和量測加以驗證。
新奧法的施工作業必須根據事前的調查決定下列 4個問題：①開挖方法；②支護布置及進行支護的最適宜時機；③是否設置仰拱及設置的時間和方法；④是否採用輔助施工方法及其種類等。用新奧法施工的絕大多數工程均採用各種台階法進行開挖，其次是採用全斷面法。新奧法要求保證光面爆破的質量，避免凹凸不平而引起應力集中和減少超挖，從而節約為填平表面所需的大量混凝土。
新奧法的量測十分重要。在制定現場量測計劃時，要根據隧道及地下工程的規模、地質資料、各量測項目的作用，並考慮工點所需解決的問題和量測計劃的經濟效益，選擇合理的量測項目和方法。同時還必須考慮採用切實可靠的手段和儀錶，保證量測工作準確安全，並儘可能不妨礙施工。
在應力應變、接觸應力、位移等三大類量測項目中，新奧法應以位移的量測為主。通常是用收斂計量測收斂變形，用伸長計量測圍岩在不同半徑處的變形和獲得圍岩動態的範圍，用水平儀量測圍岩表面垂直位移和地面沉陷。此外，還可用量測錨桿測得錨桿的軸嚮應力，用壓力盒測定接觸應力，用應變計測定支撐和襯砌應力等。
經20多年的實踐和推廣，新奧法已在歐洲一些國家如奧地利、聯邦德國、瑞典、瑞士、法國等的山嶺隧道中普遍使用(佔70～80%)，並已用於地下鐵道，且取得沉降量特別小的顯著成果。日本從1976年以來，已有近100座隧道採用了新奧法。
中國從60年代初開始推廣噴錨支護新技術，到1981年底，採用噴錨支護的地下工程和井巷的總長度已接近7500公里。2012年以來，又在普濟、下坑、大瑤山等鐵路隧道採用新奧法進行施工。
新奧法的適用性很廣，中國已在亞粘土和黃土隧道施工中取得成功。但在下列情況下，一般都應採取適當的輔助措施才能施工：①涌水量大的地層；②因涌水產生流沙現象的地層；③圍岩破碎使錨桿鑽孔和插入都極為困難場合；④開挖面不能自穩的圍岩。
新奧法的發展是和噴錨支護的材料、方法和機具等的發展密切相關的。要進一步研製初期和長期強度都高、回彈少、粉塵低、生產率高的噴射混凝土系統，並和高效能的集塵器、自動噴射裝置、周期短的材料供應系統配套。研究能縮短噴敷時間，又無公害的新噴敷方法。研究不需用臨時堆放場地、易於運輸的噴射材料和新的施工工藝，如鋼纖維加強噴射混凝土、SEC噴射混凝土、光面爆破和深孔爆破技術、液壓鑿岩台車（兼作安裝錨桿用）、噴射車組（包括機械手）、各種混凝土噴射機、液體速凝劑、粉塵防止劑、樹脂錨桿等。
基本信息
- 提出時間
- 1963年
- 應用學科
- 岩體力學理論
- 適用領域
- 地下工程設計施工，隧道施工